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No todo es negro o blanco

Los agujeros negros son hoy día objetos familiares para los científicos: forman parte del inventario de objetos del universo que se imparte en cualquier curso universitario de astrofísica y de física teórica. Incluso han permeado la opinión pública de forma que son relativamente conocidos para el público general. Constituyen, de hecho, uno de los recursos que habitualmente uso para dar una idea del contenido de mi tesis en esos momentos en que amigos y familiares me preguntan a lo que me dedico en la rutina diaria. Sin embargo, los agujeros negros presentan distintos problemas teóricos, algunos de ellos extensamente conocidos y aceptados por los investigadores (otros no tanto), que llevan a algunas personas a cuestionarse su existencia. Entre esas personas nos encontramos Carlos Barceló del Instituto de Astrofísica de Andalucía, Luis J. Garay de la Universidad Complutense de Madrid, Gil Jannes de la Universidad Carlos III de Madrid, y el autor de esta entrada.

Repasemos brevemente la visión estándar de la formación de un agujero negro y los problemas que presenta. Nos serviremos para ello de lo que se conoce como Gedankenexperiment, o experimento mental: una representación idealizada de la realidad a la que aplicamos las leyes de la física conocida para extraer conclusiones aplicables a nuestro universo. El punto de partida será un universo completamente vacío salvo por una bola de materia con cierto radio y densidad uniforme (es decir, que no posee zonas de distinta concentración, como grumos). La naturaleza particular de la materia no será importante para nuestra discusión ya que las únicas propiedades relevantes serán las gravitatorias, y si de algo hemos de estar seguros, es que toda la materia a nuestro alrededor gravita. Dado este estado inicial nuestro objetivo es entender cuál será su evolución en el tiempo. El primer estadio de dicha evolución es el resultado de una competición entre distintas fuerzas naturales.

Por una parte, la interacción gravitatoria tiene un carácter atractivo con lo que tiende a provocar una contracción o colapso de la distribución esférica de materia. Por otra parte, además de la interacción gravitatoria existen fuerzas con carácter repulsivo cuya tendencia es frenar este colapso. Existen situaciones en las que ambas fuerzas se compensan en efecto, formando estructuras estables durante un tiempo. Este es el caso de las estrellas que observamos en el firmamento que, en primera aproximación, están bien descritas por nuestro experimento mental. Sin embargo, dicha competición no es del todo equitativa. Si aumentamos la densidad inicial de nuestra bola de materia, aumentará la intensidad de la interacción gravitatoria, mientras que la del resto de fuerzas permanece prácticamente igual. Esto implica que, para densidades suficientemente altas, no existe fuerza repulsiva conocida capaz de oponerse a la gravedad y la bola de materia colapsará indefinidamente. A partir de ahora nos ocuparemos de una bola de materia con densidad inicial suficientemente alta como para que esto ocurra. Todo apunta a que el destino de nuestra bola de materia es entonces contraerse, aumentando su densidad y disminuyendo su radio hasta ocupar nada más que un punto. Denominaremos historia 1 a esta evolución, representada en el primer esquema de la figura 1.

figura 1

FIGURA 1: Representación de tres historias para el colapso gravitatorio. Como para dibujar la evolución de una bola tridimensional necesitaríamos cuatro dimensiones, nos conformaremos con plasmar la evolución de una bola bidimensional. El tiempo fluye en vertical, de abajo a arriba.



Sin embargo el proceso que tiene lugar en la naturaleza ha de ser más complicado, tal y como nos indica nuestra mejor descripción de la interacción gravitatoria hasta la fecha: la teoría de la relatividad general. Recordemos que nuestra situación inicial en el experimento mental consistía en dos elementos: una bola de materia y el espacio a su alrededor, vacío. Tras usar este adjetivo hemos dejado de preocuparnos del espacio para ocuparnos únicamente de la evolución de la bola de materia. Pero en relatividad general el espacio, incluso vacío, no es un mero espectador y posee propiedades dinámicas. Este hecho es lo que hace la relatividad general una teoría complicada tanto matemática como conceptualmente. Para nuestros propósitos no es importante entrar en detalles, y solo nos es necesario saber que estas complicaciones se traducen en el caso que nos ocupa en la aparición de un ente con un nombre digno de película de ciencia ficción: un horizonte de sucesos.

Parece por tanto que debemos descartar la imagen instintiva de la evolución de nuestra bola de materia resumida en la historia 1, reemplazándola por la historia 2, que incluye la aparición de un horizonte de sucesos en algún momento durante el colapso gravitatorio cuando la densidad de la bola de materia alcanza cierto valor. ¿Qué cambios implica este hecho? Un horizonte de sucesos es una superficie cerrada de cuyo interior no puede escapar ninguna partícula, ni siquiera la luz. Es interesante tener en cuenta que en nuestro universo podemos distinguir dos tipos de objetos desde el punto de vista astrofísico: aquellos que poseen luz propia, como las estrellas, y aquellos que podemos vislumbrar solo gracias a que reflejan la luz proveniente de los primeros. La región del espacio delimitada por el horizonte de sucesos se denomina agujero negro y es por tanto, a efectos luminosos, invisible. Por esta razón, lo que ocurra a partir del momento de la formación del horizonte de sucesos se encuentra oculto para los observadores en el exterior. Ignoramos pues el destino de la bola de materia que se encuentra en su interior.

De comportarse así la naturaleza, podríamos haber llegado al final de nuestras pretensiones de conocer el destino de la bola de materia. Sin embargo, de nuevo esta imagen no contiene todos los detalles que esperamos encontrar en un proceso real. La razón es que hasta ahora hemos ignorando las leyes de la física que rigen nuestro universo a escalas microscópicas, la física cuántica. Cuando investigamos el comportamiento de pequeñas zonas cercanas al horizonte de sucesos, las leyes de la física cuántica nos dicen que una pequeña cantidad de energía debe escapar del agujero negro en forma de radiación, que recibe el nombre de su descubridor, Stephen Hawking: los agujeros negros resultan ser más bien grises. La energía de esta radiación es tan pequeña que resulta prácticamente imposible detectarla en experimentos astrofísicos. Sin embargo, sí que podría existir la posibilidad de detectar los efectos secundarios de esta radiación, en particular los que produce en el propio agujero negro. Al emitir radiación, el agujero negro debe perder energía gradualmente, evaporándose y reduciendo su tamaño. Este proceso continuará en principio indefinidamente hasta la desaparición del agujero negro.

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Transcendencia… si nuestro cerebro fuera inmortal

Imagen de la película 'Transcendence', dirigida por Wally Pfister y estrenada este año.

Hace un par de semanas me senté en la butaca del cine dispuesta a evadirme del estrés semanal ante una película de Hollywood de la que apenas sabía nada, salvo que estaba protagonizada por Johnny Deep. El argumento llamó mi atención nada más empezar: los protagonistas eran científicos que se habían dedicado a desarrollar durante muchos años un código de programación para crear el primer ordenador del mundo que piense por sí mismo.

La base científica de la película es escasa, es decir, los guionistas mezclan nombres muy rimbombantes ligados a la inteligencia artificial, que es la rama de la ciencia que aborda este estudio, sin dar una explicación argumentada científicamente. Como investigadora, esto me causó una pequeña decepción, pero el argumento hizo que mi atención se centrara rápidamente en el dilema ético: ¿es moralmente reprobable dotar a una máquina de un cerebro que piense como un ser humano?

Si existiera la capacidad científica y tecnológica para llevar esto a cabo, se podría "descargar" el cerebro de un humano en un superordenador. De este modo, al llegar la muerte de nuestro cuerpo, nuestro cerebro orgánico moriría también, pero su versión digital sería inmortal…

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Los descubrimientos geográficos y el efecto mariposa

Ni el efecto mariposa es algo nuevo, aunque la expresión ha hecho furor, ni el mundo globalizado es algo reciente producido por la facilidad de las comunicaciones y las nuevas técnicas. La primera globalización se produce poco después del viaje Magallanes-Elcano que lograron circunvalar la tierra y los españoles, seguidos por holandeses, ingleses y franceses se empeñan el buscar el paso que debería unir el Océano Atlántico con el Pacifico descubierto años atrás por Vasco Núñez de Balboa y que la Corona española logró preservar durante dos siglos como propiedad exclusiva hasta el punto que se le conocía como "el lago español". Ese paso nunca se encontró porque no existía. Pero la idea machaconamente mantenida por los europeos produjo un efecto mariposa que fue el más activo motor de los grandes descubrimientos geográficos de los siglos XVI, XVII y XVIII.

La historia de los descubrimientos geográficos es, desde la más remota antigüedad, un complejo proceso en el que aparecen siempre concatenados una serie de factores de índole muy diversa cada uno de los cuales cumple su misión compulsiva de manera que todos, en mayor o menor grado, van a conseguir un fin. Fin que no siempre tiene que ser previsto y que a su vez desencadena otros intereses que actúan como estímulo de acciones sucesivas en las que intervienen, por lo general, intereses de todo tipo: políticos, geográficos, estratégicos, religiosos, diplomáticos etc., los cuales irremediablemente llevaron siempre emparejados cambios sociales. Uno de los mejores ejemplos que podemos elegir para comprender este planteamiento es la enorme transformación sufrida en la costa noroeste de América en el siglo XVIII y que fue el último escenario de la larga sucesión de descubrimientos emprendidos por el hombre europeo en la Edad Moderna.

Una serie de expediciones se van sucediendo rumbo al norte de California por motivos que varían a lo largo del tiempo pero en los que subyace un denominador común: la búsqueda del paso a que antes nos hemos referido por el noroeste y que permanece como una constante en la mente de exploradores, políticos y científicos. Una ruta que intuyo Hernán Cortés, quién emprende personalmente y financia las primeras expediciones hacia la costa de California.

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Y ahora, ¿cómo regamos?

Sistema de regadío circular

De aquí al 2050 se espera que seamos 3.000 millones más de personas en el planeta, lo que supone un aumento del 38% en menos de 40 años. De ahí que mucha gente se pregunte si vamos a ser capaces de conseguir alimentos para todos.

Esto afecta directamente a la agricultura, especialmente a la de regadío, ya que aunque solo el 18% de la superficie cultivada se riega, da lugar al 45% de la producción agrícola total. Por otro lado, en países semiáridos como España casi el 80% del consumo de agua potable se destina a la agricultura, con las consiguientes quejas de otros sectores que también consumen agua, como el del turismo o la industria.

Estas razones han animado a la comunidad científica a buscar soluciones más eficaces para mejorar la producción agrícola de regadío con consumos de agua cada vez más ajustados.

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Del laboratorio al mercado

Patentes del CSIC / FOTO: Victoria Muñoz

¿Qué tienen en común productos aparentemente tan dispares como el sucedáneo de angula, las tortas de polvorón o un complemento alimenticio a base de compuestos activos presentes en la uva y la granada?

Esta pregunta puede dejar perplejo al lector, pero la respuesta no es difícil: se trata en todos los casos de productos que incorporan tecnología generada en los grupos de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Es posible que alguien pueda pensar que científicos del principal organismo público de investigación de España deberían dedicarse a asuntos de más calado, ampliando las fronteras del conocimiento en sus respectivas áreas de trabajo. Sin embargo, el propio Estatuto del CSIC indica en el Artículo 5 que una de las funciones del CSIC es “transferir los resultados de su investigación científica y tecnológica a instituciones públicas y privadas”.

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Las medusas, esos curiosos animales

Ejemplar de pelagia noctiluca, la especie de medusa más común en Andalucía

Cuando pensamos en las medusas, lo primero que se nos viene a la cabeza son esos animales gelatinosos que nos pueden arruinar un día de playa si nos pican. Pero las medusas son una parte más del ecosistema y han estado ahí desde el periodo Cámbrico, es decir, desde hace más de quinientos millones de años. Sin embargo, existen pruebas científicas que demuestran cómo la degradación del ecosistema, ya sea directamente o indirectamente inducida por el ser humano, les beneficia. Esto se debe a que estos organismos son capaces de sobrevivir a unas condiciones ambientales (por ejemplo: baja concentración de oxígeno en el agua) donde otros organismos, como los peces, no pueden.

La mayor parte de los animales a los que llamamos medusas, alternan fases de vida que forman parte del plancton (es decir, que se mueven a merced de las corrientes) con fases de vida que están sujetas a estructuras fijas, como puede ser piedras en el fondo marino, los pilotes de un pantalán, o incluso basura marina a la deriva como los plásticos. Les ocurre como a las mariposas, donde cada una de las fases de vitales son muy diferentes en su forma y en su estilo de vida. El paso entre una fase y la siguiente casi siempre se encuentra estimulado por cambios en el ambiente físico-químico en el que viven, y que tengamos muchas medusas un año, depende del efecto del medio ambiente en cada una de sus fases vitales.

Estas fases vitales tan distintas, hace que su estudio necesite tener en cuenta el medio ambiente a escalas temporales y espaciales muy diversas, desde procesos de pequeña escala como la turbulencia del océano, hasta procesos a gran escala como las corrientes oceánicas o el clima. En el ICMAN, disponemos de un cultivo de la medusa “huevo frito” y realizamos estudios de investigación sobre la dinámica de población de las medusas típicas del mar Mediterráneo y del océano Atlántico.

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De un bar de Milán a una plataforma de hardware libre

Siempre pensé que cuando las Musas visitaban un bar era para asistir la esquiva creatividad de algún futuro autor de renombre, tipo Truman Capote o Scott Fitzgerald, e incluso alguno con estrella de futuro premio  Nobel, como Ernest Hemingway. Literatura y alcohol parece que se llevan bien; con la ciencia resulta una relación más tormentosa. Y ahí tengo que reconocer que me sorprendió enormemente (también gratamente, porque tengo cierta inclinación por estos lugares) que una de las ideas tecnológicas que más me han impactado recientemente surgiera en uno de estos locales: el módulo Arduino. Esta pequeña maravilla se gestó en un bar de Milán llamado Il Bar di Re Arduino , que debe su nombre  a un rey italiano del año 1000, y en donde Mássimo Banzi, por aquel entonces profesor del Instituto de diseño Interactivo IVREA en Italia, pasaba algún que otro rato. La plataforma de hardware libre Arduino ( www.arduino.cc) nació basada en un microcontrolador Atmel de 8 bits, un microchip programable capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria,  con entradas y salidas analógicas y digitales a las que se pueden conectar cualquier tipo de sensor o actuador.  Todo el sistema se programa de forma extremadamente sencilla desde un ordenador usando el lenguaje Wiring. Técnicamente no cuenta con los componentes más potentes (aunque ya existen versiones mejoradas con microcontroladores de 32 bits), ni más rápidos ni más eficientes en cuanto a potencia que existen hoy día, pero  la clave de su impacto reside más que nada en su facilidad de uso, que permite desarrollar aplicaciones sin conocimientos profundos de electrónica o programación.  Un valor añadido es el concepto de hardware open-source, análogo al de open software (piénsese como ejemplo en el sistema operativo Linux),  que permite a los usuarios acceder a los diseños completos de otros desarrolladores.

El despliegue de gadgets que existe en la red no tiene parangón. Se pueden encontrar aplicaciones que van desde  lo más simple, como encender y apagar leds, hasta cosas que sea antojan realmente difíciles, como pilotos automáticos para drones, con esquemas completos y el software de programación correspondiente. Tanta es la versatilidad de la plataforma que pueden usarla desde estudiantes a profesionales; en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CNM-CSIC) , de hecho, la hemos usado como apoyo para el test de componentes electrónicos para uso en espacio.

En definitiva, este pequeño prodigio, que ya cuenta con nueve años de edad, aúna dos cosas que suponemos indispensables en un proyecto con futuro: grandes dosis de innovación y muy bajo coste (se puede adquirir un módulo por menos de 25 €). Ya hay algunos profesores de bachillerato que lo usan para incentivar la creatividad  de sus estudiantes y espero que su uso sea generalizado en poco tiempo  por el bien de su maltraída educación.

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Medir el calor en Marte... desde Granada

Situación de los sensores de REMS sobre Curiosity.

El instrumento español REMS (Rover Environmental Monitoring Station) forma parte de la instrumentación del Mars Science Laboratory (MSL) en el vehículo Curiosity de la NASA, que desde agosto de 2012 está operando en Marte. REMS es básicamente una estación meteorológica que mide durante al menos 120  minutos diarios una serie de parámetros atmosféricos (temperatura del aire y del suelo, presión atmosférica y humedad relativa), además de la radiación UV que incide sobre la superficie.

Los sensores que lo componen se distribuyen en cuatro puntos del vehículo: dos pequeñas astas ancladas al mástil principal en las que van montados los sensores de temperatura del aire y del suelo, la cubierta superior, en la que se sitúa el sensor ultravioleta, y el interior del cuerpo, dónde se ubica el sensor de presión atmosférica.

Uno de los aspectos innovadores de REMS con respecto a otros instrumentos que han medido parámetros meteorológicos en Marte (las Viking, Pathfinder y Phoenix) es que, al estar en una plataforma móvil, obtiene información de la interacción de la atmósfera con las distintas superficies por las que el Curiosity discurre, lo que supone una ventaja a la vez que un reto a la hora de interpretar sus medidas.

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¿Cómo aumentar la conciencia ambiental de los ciudadanos?

Cientos de bidones de plástico de combustible.

El Día Mundial del Medio Ambiente es una buena ocasión para plantear cómo aumentar la conciencia ambiental de los ciudadanos. Para responder a esta cuestión tenemos ya suficiente información de cualificados estudios que nos indican varias cosas. La primera es que los problemas ambientales no son todos iguales y que su percepción e impacto en la vida de los ciudadanos varían según sean problemas macroecológicos (cambio climático, agujero de la capa de ozono, pérdida de biodiversidad…) o miocroecológicos (sequía, incendios forestales, contaminación, falta de zonas verdes en las ciudades, polución…). Es verdad que unos y otros están relacionados, pero el ciudadano los suele percibir de forma separada.

Estos trabajos nos dicen también que es necesario distinguir entre los problemas del medio ambiente “verde” (naturaleza, medio rural, agricultura), “gris” (ciudades y medio urbano) y “marrón” (industria), que, si bien son problemas interrelacionados, responden a lógicas distintas que conviene separar a efectos de analizarlos desde la perspectiva de la conciencia ambiental.

Lo tercero que nos indican es que la conciencia ambiental es el resultado conjunto de varias dimensiones: afectiva (preocupación), cognitiva (conocimiento) y conductual (comportamiento). Y nos dicen que, sobre cada una de esas dimensiones, pueden actuar las políticas públicas con medidas sancionadoras, sensibilizadoras o incentivadoras.

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El 'cangrejo falangista' y otros nombres del mar

La ictionimia, del griego ichthys ‘pez’ y del latín nomen ‘nombre’, es la disciplina lingüística que se ocupa del estudio de los nombres de los peces. Si nos remontamos a Plinio (s. I), en su Historia Natural podemos ver uno de los repertorios más antiguos y completos de ictiónimos, no solo de peces, sino también de invertebrados marinos.

En España, durante la Edad Media hay un puñado de obras de diversa índole (libros de cocina, ordenanzas municipales, diccionarios…) que recogen un cada vez mayor número de nombres, pero, centrándonos en Andalucía, el primer documento del que puede extraerse un buen listado de peces es el poema La Charidad Guzmana, escrito en 1612 por fray Pedro Beltrán para ensalzar las riquezas de Sanlúcar de Barrameda ante el duque de Medina Sidonia. A mediados del siglo XVIII, en 1753, Pehr Löfling, un joven y destacado botánico sueco, discípulo de Carlos Linneo, durante se estancia en El Puerto de Santa María para embarcarse hacia Venezuela, se interesa por los nombres de los peces que observa y por su ordenación taxonómica. El manuscrito de Löfling, que iba a llamarse Catálogo de los pescados gaditanos -no llegó a publicarse por la temprana muerte de su autor (De la Torre y Arias, 2012)-, constituye la primera referencia ictiológica no solo de Andalucía sino de España.

En los más de dos siglos y medio transcurridos desde entonces, numerosas recopilaciones de ictiónimos se han realizado por toda Andalucía a cargo de naturalistas y científicos. No es hasta la segunda mitad del siglo XX cuando irrumpen los lingüistas en el campo de la ictionimia. Manuel Alvar, insigne dialectólogo español, con su Atlas Lingüístico y Etnográfico de Andalucía (1964) crea una referencia ineludible en el estudio de la ictionimia andaluza. En los años 90 son de destacar las importantes aportaciones ictionímicas de Antonio Martínez en la costa granadina. Ya más recientemente, la lingüista Mercedes de la Torre aplica la metodología diseñada por Alvar al estudio de los ictiónimos en El Puerto de Santa María, y produce su Ictionimia portuense (2004). Si, en palabras de Alvar, “hasta ahora han sido los ictiólogos los que han recogido el vocabulario vulgar de su especialidad y los lingüistas han ido a remolque”, poco después, en 2006, se produce un hecho trascendente para la ictionimia andaluza, por el que lingüistas e ictiólogos van de la mano en un esfuerzo conjunto por abordar con mayor amplitud y rigor científico el estudio de las denominaciones populares de las especies marinas desde la perspectiva actual y viva de los hablantes costeros de Andalucía.

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